專利名稱：波浪供能脫鹽設備的制作方法
技術領域：
本發明是關于以海洋中有效地提取飲用水的一種設備。
隨著世界人口的不斷增長，長期以來人們已認識到需要新的飲用水源。這些需要導致了研制出從海洋提取淡水的多種不同的先有技術的設備。其他的努力已發掘出各種機制將波浪的流體動力能轉變成可用能量。這些裝置可以分成大類。一類是各種活塞式泵，它們由包含一個隨浪起伏的浮子的活節連接構架來推動。然后，該系統通常錨定在海底，以期由波動的海面引發出活塞泵與其套筒之間的足夠的持續相對運動，從而使活塞往復抽吸流體，由此產生一個可提取能量的壓力。授于Kriegel的3，487，228號、授予Woodbridge的4，260，901號，授予Hicks的4，421，461號以及授予Hopfe的4，335，576號美國專利給出了上面概括描述的這類裝置。盡管這些裝置對于它們的預期目的是可以接受的，但其缺點是不能可靠地產生足夠的能量來運轉一個逆滲透型脫鹽裝置。
人們還提出過另一種波能發電機，它也被錨定在海底，含有由裝在諧振室內的浮子驅動的活塞式泵，該諧振室對來波(incomingwave)開放，其結構能對這種波浪起放大作用。這些類型的裝置示于授予Raichlen等人的美國專利4，594，853號(也轉讓給本申請的受讓人)中。已經證明這種裝置能有效地產生能量，但訖今尚未用于和脫鹽裝置結合來從海水中分離出淡水。
利用海浪作動力從海洋中蒸餾出淡水的努力導致提議利用波浪運動來產生部分真空，以此使淡水從海水中蒸發出來。這種類型的一種裝置示于授給Carman的美國專利4，120，756號。盡管這種裝置能滿足它們的預期目的，但其缺點是未放大的波浪已證明不足以連續、反復地產生高度部分真空以有效地產生實用的蒸氣量。
設計一種有效的波能脫鹽系統的努力導致提議一種活塞泵，使水通過熱交換器、蒸餾器和冷凝器，該活塞在通常的活節連接套筒中被驅動并且活塞與一浮子相耦合。這種類型的一種裝置示于授給Hagen的美國專利4，555，307號，盡管這種裝置對其預項目的是可以接受的，但它不能提供所希望的低成本、可靠、高效且易于實際應用的脫鹽機制。
因此，需要一種脫鹽設備，它的結構堅固，能抗多種因素(elements)，而且只依賴于與之相連的海水作為其能源。
本發明的特點是有一個沉箱，它限定了一個諧振室，該諧振室沿來波方向開口，且其大小適于將來波放大，用于驅動一個與泵耦合的活塞。該泵對水加壓以便將水存儲并驅動通過一個響應壓力的脫鹽單元，例如一個逆滲透型裝置。
考慮下文中結合附圖所作的描述將會明白本發明的其他目標和特點。


圖1是實現本發明的波浪驅動脫鹽設備的示意圖;以及圖2是圖1中包括的海水驅動泵的放大示意圖。
本發明的脫鹽設備一般包括一個沉箱容器11，它在向著來波的一側開口并裝入一個由浮子15驅動的雙向作用泵13。泵13通過一存儲槽(一般用數字21標記)與一個預處理單元(一般用數字23標記)相連。單元23與一個兩級逆滲透脫鹽裝置(一般用數字25標記)相連，該裝置將鹽水與淡水分開以分別存儲于鹽水槽27和淡水槽29。
長期以來人們認識到海洋可作為能源。同樣，人們已做出很多努力以便能在實際應用中從海洋提取淡水。然后，傳統的脫鹽設備所需能量非常大，以致于經常性地使用它們多少是不實際的。由于當今在各人口稠密區使干旱不斷擴大的氣候條件以及在干燥地區的人口爆炸，使缺水問題變得更加嚴重。這已經導致了水權爭端甚至水的定量配給。由于許多這類缺水地區具有豐富的易于取得的海水，所以極大地需要一種運轉可靠而且具有大量產生淡水能力的波浪供能脫鹽裝置。
本發明的脫鹽設備利用了如下事實的優點沉箱11能由一個穩定不動的混凝土容器構成，它錨定于大陸架的海底并且構造堅固以抵御風暴、潮汐波浪、颶風、以及腐蝕性海洋大氣，用以防止其內部受到過量的波浪作用的直接沖擊。如在授予本申請的受讓人的美國專利4，594，853號中考慮到的那樣，可以構成一個適當大小的諧振室以放大波浪作用或者說波浪能量，從而提供出比自由駐波情況更大的能量。
在一個振動系統中發生的第一型(mode)或者說主型振動有時被稱作“基型”振動。對于本發明，重要之點在于沉箱11應構造成具有一個在海浪基型振動下運轉的內諧振室35。這樣，諧振室35的截面應這樣構成，使其等效直徑為0.15L/Pi至L/Pi，這里L是通過開口37進入諧振室的波峰之間的長度。
泵13是一個雙向作用泵，它包括容器39裝入與浮子15耦合的往復式活塞41。提供了一個普通的單向閥門，從而當活塞沿一個方向驅動將海水抽入室39而從另一端將其排出，反之亦然。
在該最佳實施例中，存儲槽21被放在高于沉箱11高度的某一高度上，例如放在小山或懸崖上，從而使通過導管45泵出的水提供了一個水頭，它隨后可以用于產生壓力。在該最佳實施例中，整個系統是密閉的，從而可以由泵13的啟動進一步加壓，以維持槽21中的壓力。
為了本發明的目的，槽21和伴隨的導管系統可以是密閉的，從而作為一個壓力累積器提供壓力積累，供單獨使用或與槽的高度產生的水頭聯合使用。
槽21的第一出口通過導管47與預調節單元23相連，第二出口通過導管51與發電機49的渦輪機相連。
預調節單元的出口通過導管53與水泵54相連，而水泵54的出口與脫鹽裝置25的第一級(一般用數字55標記)相連。第一級55的鹽水出口通過導管61與鹽水槽27相連，而淡水出口與水泵63相連，水泵63的出口又通過導管69與第二級脫鹽裝置67相連。在鹽水槽27中的流量控制器借助電導線71與第二級泵63相連。第二級脫鹽裝置67與淡水存儲槽29相連。
在操作方面，讀者將會理解本發明的優點之一是可以在大陸架的較淺水中(例如30英尺左右)構成脫鹽能源，或者沉箱11本身可以裝在巖石的或混凝土的防波堤朝海一側。沉箱本身可以由具有足夠的結構整體性的鋼筋混凝土構成，以抵御甚至是最大來波的損壞并對海洋環境有較強的防御能力。還將會理解到，由于將存儲槽21安裝在一個較高的高度，泵13將用于將海水泵到那個高度，這樣便造成了一個自然水頭為渦輪發電機9的運轉以及通過預處理單元23的水流提供了壓力。再有，在系統中保持壓力允許泵13增強了壓力增長能力。將會理解到，對一些安裝情況，將希望只依靠壓力的積累啟動預處理單元23及脫鹽裝置25。
讀者還將會看到，來波將穿過開口37并在諧振室35中被放大，從而向漂浮體15加一周期性力，使活塞41往復運動，將海水泵入在一定高度的存儲槽21。
從渦輪發電機49流出的水可以再排回海中，或者，如果希望的話，最好是循環使用。加壓水通過預處理單元以濾掉和排出可能會干擾脫鹽過程的固體物及渣滓。在實踐中，該單元可以包含除掉粗粒沉積的過濾器、除掉細小粒子的超細過濾器以及它們的各種組合，或者還包括實際沉淀用結構。預處理水然后被引入泵54，泵54作為壓力累積器向脫鹽裝置25的第一級55提供加壓海水。然后便可以通過逆滲透、電解、離子交換、真空蒸發、蒸餾或其他希望的手段實現水脫鹽過程。由渦輪發電機49產生的電也可以用作這個脫鹽裝置25的一個能源，這一點對于內行人來說是顯然的。
從第一級55排出的鹽水將存儲于鹽水槽27供下一步生產過程使用，或者直接排放到海洋中。
從第一級55取出的淡水被送到壓力累積器63提高其壓力，以便被引入到第二級67。然后，最終產生存儲于淡水槽29，供其后根據需要使用。
由上述清楚看出，本發明的獨立完整的波浪供能脫鹽系統為比較經濟地產生可供實用量的飲用水提供了一種可靠的不需維護的裝置。
需要說明的一點是，本技術領域內的熟練人員可對上文的詳細描述作各種修正和改變而不偏離本發明的精神。
權利要求
1.放置在波動海水體中的一個波浪供能脫鹽設備，包括由垂直壁裝置構成的用于放入海中的沉箱，它構成了一個腔室，其開口面向波浪傳輸方向供海波浪流過；在所述脫室內的一個浮子；與所述浮子相連并由該浮子驅動的水壓泵，它帶有一個入口和出口；一個供水導管從所述腔室通到所述入口，以向入口內供給海水；一個積水槽用于存儲水，以將水壓提高到選定壓力，它帶有一個槽入口和第一與第二槽出口；水脫鹽手段，其運轉過程中的響應一個預先確定的高于所述選定壓力的水壓，以從海水中分離出可飲用水與所述槽的第一出口相連的渦輪發電機，其運轉響應所述選定壓力以發電；一個壓力累積器，其運轉將流過的水的水壓從所述選定壓力提高到所述預先確定的壓力；一個電動馬達驅動地與所述壓力累積器相連，并與所述渦輪發電機相連以驅動所述發電機；以及導管裝置，將所述泵的所述出口與進入所述槽的所述槽入口相連，將所述槽第二出口與所述渦輪發電機、壓力累積器及所述脫鹽裝置相連，以使所述泵將水泵入所述水槽，使其水壓提高到選定壓力，并使達到所述選定壓力的水去驅動所述渦輪發電機，使其驅動所述壓力累積器以將流過的海水的壓力從所述選定壓力提高到所述預先確定的壓力，從而使脫鹽裝置運轉，以產生可飲用水。
2.根據權利要求1的波浪供能脫鹽設備，這里所述導管裝置和存儲槽的結構能保持其壓力，從而使所述泵的運轉對所述槽內的水加壓。
全文摘要
本發明為一種脫鹽設備，包括壓力響應脫鹽裝置、存儲槽及導管裝置，導管裝置將該存儲槽與裝在沉箱中的泵相連，沉箱構成一諧振室，在其一側有一開口接收到來的海波浪。沉箱根據來波的固有頻率構成，并將這種波放大以驅動與泵相連的浮子。該泵的運轉對存儲槽加壓以驅動鹽水穿過脫鹽裝置，用于從中分離出可飲用水。
文檔編號C02F1/34GK1087065SQ9211316
公開日1994年5月25日 申請日期1992年11月19日 優先權日1992年11月19日
發明者薩爾基·仲, 弗蘭克·H·Y·吳, 昌芬柴 申請人:海洋資源工程公司